Устройство для измерения переменного электрического поля

 

Изобретение относится к области технической физики и электроизмерительной техники. Целью изобретения является повышение точности измерений переменного электрического поля в любых изотропных средах в условиях неопределенной временной зависимости от электрофизических параметров. Проводятся дополнительные измерения сигналов от источника калиброванного тока на двух частотах. Это позволяет учесть погрешность, которую вносит собственная комплексная проводимость датчика. 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СО1.1ИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

< 11 4 С 01 Ч 3/06

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

; с,.:-i .;„)44

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫГИЯМ

flPH ГННТ СССР (21) 4212114/31-25 (22) 20.03.87 (46) 23,07.89. Бюп. N - 27 (71) Московский энергетический институт (72) Е.Ф.Зимин, А.Г.Иванов, О.В.Коробков, В.Н.Кудин и В.А.Кузовкин (53) 550.8(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 976418, кл. G 01 Ч 3/08, 1982, Авторское свидетельство СССР

У 560196, кл. G Ol Ч 3/06, 1975. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПЕРЕМЕННОГО ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ

Изобретение относится к техничес" кой физике и электроизмерительной технике, а именно к устройствам для измерения переменных электрических полей в любых средах прц отсутствии априорной информации об их электрофизических параметрах.

Целью изобретения является повышение точности измерений переменного электрического поля в любых изотропных средах с любыми границами разде-; ла сред в условиях неопределенной зависимости их электрофизических параметров.

На фиг.1 показана общая схема устройства для измерения переменного электрического поля; на фиг.2 и 3— эквивалентные схемы замещения входной цепи устройства.

Устройство содержит первичный преобразователь 1, согласующее устройство 2, источник 3 калиброванного тока, предварительный усилитель 4, узко„„80„„1495734 А 1 (57) Изобретение относится к технической физике и электроизмерительной технике. Целью изобретения является повышение точности измерений переменного электрического поля в любых изотропных средах в условиях неопределенной временной зависимости от электрофизических параметров ° Проводятся дополнительные измерения сигналов от источника калиброванного тока на двух частотах. Это позволяет учесть погрешность, которую вносит собственная;комплексная: проводимость датчика. 3 ил. полосные фильтры 5 и 6, сумматор 7, параллельный сумматор 8, узкополосный перестраиваемый фильтр 9 и регистратор 10, Устройство работает следующим образом„

Напряженность измеряемого переменного электрического поля можно определить при помощи выражения.

Е = - (1 + --), U z> (1) о 10 н где U — выходное напряжение ненааых груженного датчика;

Š— выходное сопротивление

5 датчика;

1 — коэффициент преобразовао ния ненагруженного датчика;

Z — выходное сопротивление со4 гласующего устройства.

Выходное сопротивление датчика в общем случае является комплексным, 1495734

v,(t) =

U«()+U,„„(t)+U«,(t:), (2) напряжение от внешнего измеряемого поля Е» напряжение от калиброванного источника тока на нижней частоте ((„; — напряжение от калибро- 35 ванного источника тока на верхней частоте

Яв.

U,„„(t:) 24) B

Узкополосный фильтр 5 настроен Hà 1р частоту „, а узкополосный, фильтр

6 — на частоту c0 . Напряжения на входах регистра тора 10 соо тв етственно равны

П4 К К в Пгс)нз 45

Us К (К6 загсов i (З)

U К Кв К9 ° f U2-К К

"П сдн К Ку "ги в, где К4 — коэффициент усиления предварительного усилителя; 5Р

К 2К6 коэффициенты передачи (( фильтров Ф1 и Ф2 на частотах () „и (дв соответственно;

К2 — коэффициент передачи сумматора, К вЂ” коэффициент передачи па8 раллельного сумматора; т.е. имеет действительную и мнимую части. Если в качестве датчика ис пользуются два .измерительных электрода, то его выходное сопротивление носит емкостной характер, т.е. содержит действительную резистивную (R ) и емкостную (С ) части. Таким образом, при измерении напряженности электрического поля неизвестными являются измеряемое поле Е, резистивная составляющая выходного сопротивления датчика и его емкость (индуктивнбсть). Выходное сопротивление датчика зависит не только от 15 его конструкции, но и от электрофизических параметров среды. Для определения трех неизвестных параметров требуется как минимум три измерения.

Источник калиброванного тока выдает калиброванные сигналы значения тока на двух частотах Ян и р . Нижняя 47„ и верхняя (д частоты выбираются на границах частотного диапазона исследуемого сигнала. Напряжение на

25 входных зажимах предварительного усилителя равно

К вЂ” коэффициент передачи бло9 ка 9.

Сн в- ч (6).

Рв-Р

С

gz т ) в (7) 1

С н RH

Тяи К4 (- Н ((„ где

1?ыв Ка Ке

6 ц

У

I н — действующее значение тока к алибро ванно ro ис то ч ника тока на частоте (дн, I „ - действующее значение тока калиброванного источника тока на частоте ((> если входная проводимость предварительного усилителя много меньше 1/К„.

Напряженность измеряемого поля в соответствии с (1) можно определить при помощи выражения

При выполнении условия

5 (6 7 (4) получим

U(. K4. KS. K9 Пгс(t) (5) т.е. на входах решающего устройства при этом имеем три напряжения, проП ян Пгив П2с Это равносильно проведению трех измерений. Зная напряжения U, UB и U на входах регистратора, можно определить метрологические параметры датчика и напряженность внешнего элек- трического поля.

Далее приводятся выражения для датчика, имеющего емкостный характер и напряженность измеряемого поля, для случая, когда в качестве согласующего устройства используется согласующее сопротивление R(,, и для случая, когда в качестве согласующего устройства используется согласующий трансформатор.

На фиг.2 показана эквивалентная схема замещения входной цепи устройства, в котором датчик нагружен на активное сопротивление R „. Измерйв

U в на входах регистратора и зная

I и I, можно определить проводиу((ь)вэ мость G и емкость датчика С в параллельной схеме замещения выходного сопротивления датчика

5 14957

11 с

Е о

15 формула изобретения

3 L (26 6(ag (9) 1

С = — —— (10) (и

G = G — G ! (11) ! 2. где G! =G!. n; индуктивность первичной обмотки трансформатора;

n — коэффициент трансформации трансформатора;

G - входная проводимость предварительноro усилителя.

Выражение для определения измеряемого электрического поля в соответствии с (1) имеет вид

Uå 1

1 К! ° Кв К и ИЬ

35 ((1>) Использование изобретения позволяет повысить точность и достоверность измерений напряженности электрическо- 40 го поля в натурных условиях, исключить влияние электрофизических парагде у — частота, на которой производится измерение Е .

На фиг.З приведена эквивалентная схема замещения входной цепи устройства, в котором в качестве согласующего устройства используется согласующий трансформатор с коэффициентом трансформации и. Для этой схемы выражения для определения параметров датчика имеют вид

34 6 метров сред на точность измерений, Кроме того, предлагаемое устройство в отличие от известного позволяет получить непрерывную и оперативную информацию об измеряемом электрическом поле и является достаточно простым.

Для его реализации не требуется разработка сложных устройств и блоков, т,е. предлагаемое устройство обеспечивает как экономическую, так и техническую эффективность при производстве измерений, Устройство для измерения перемен— ного электрического поля, включающее первичный преобразователь, подключенный через согласующее устройство к предварительному усилителю, источник переменного калиброванного тока и регистратор, о т л и ч а ю— щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерений, оно дополнительно содержит два узкополосных фильтра, сумматор, параллельный сумматор, нерестраиваемый узкополосный фильтр, причем выход источника калиброванного тока соединен с входом предварительного усилителя, выход которого соединен с входами двух. узкополосных фильтров и неинвертирующим входом параллельного сумматора выходы узкополосных фильтров соединены с входами сумматора и первыми двумя входами регистратора, выход сумматора соединен с инвертирующим входом параллельного сумматора, выход которого через перестраиваемый узкополосный фильтр соединен с третьим входом регистратора.

1495734

Составитель, А. Ия гко в

Редактор С.Пекарь Техред П.олийнык Корректор М.Мак симишинец

Заказ 4261/43 Тирам 484 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 .Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Укгород, ул. Гагарина, 101